均質(zhì)黏性土壩漫頂潰決機(jī)理及潰壩過(guò)程模擬
關(guān)鍵詞：均質(zhì)黏性土壩 漫頂 潰決機(jī)理 數(shù)值模擬
摘要：水庫(kù)大壩的潰決對(duì)下游人民生命及財(cái)產(chǎn)帶來(lái)巨大威脅,而中國(guó)已潰大壩中有85%以上為均質(zhì)黏性土壩,且50%以上為漫頂潰決,因此有必要深入研究均質(zhì)黏性土壩的漫頂潰決機(jī)理,提高潰壩洪水流量過(guò)程的預(yù)測(cè)精度,為潰壩應(yīng)急搶險(xiǎn)提供理論與技術(shù)支撐。基于均質(zhì)黏性土壩大尺度漫頂潰決模型試驗(yàn),揭示了漫頂水流作用下潰口在3維空間的發(fā)展機(jī)理,在此基礎(chǔ)上提出了一個(gè)模擬均質(zhì)黏性土壩漫頂潰決過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。該模型基于壩體形狀和漫頂水流特征確定“陡坎”的形成位置,采用寬頂堰公式計(jì)算潰口流量;選擇可考慮壩料物理力學(xué)特性的溯源沖刷公式模擬“陡坎”的移動(dòng),并通過(guò)力學(xué)分析判斷“陡坎”上游壩體的坍塌;引入壩料沖蝕系數(shù),通過(guò)分析水流剪應(yīng)力與壩料臨界剪應(yīng)力建立壩料的沖蝕率方程,模擬壩頂與下游坡潰口的發(fā)展;采用極限平衡法模擬潰口邊坡的失穩(wěn),并假設(shè)滑動(dòng)面為平面。模型考慮了不完全潰壩與壩基沖蝕,以及壩體的單側(cè)與兩側(cè)沖蝕。選擇國(guó)內(nèi)外3組具有實(shí)測(cè)資料的大尺度均質(zhì)黏性土壩漫頂潰壩模型試驗(yàn)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證,實(shí)測(cè)值與計(jì)算結(jié)果的比較表明,潰口峰值流量、潰口最終平均寬度及潰口峰值流量出現(xiàn)時(shí)間的相對(duì)誤差均在±25%以內(nèi),并且計(jì)算獲得的潰口流量過(guò)程線與實(shí)測(cè)結(jié)果基本吻合,驗(yàn)證了模型的合理性。
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